Hóa học đại cương/Axít

Khái Niệm

Axít là một dung dịch của hợp chất hóa học có thể hòa tan trong nước là hợp chất của H với một chất Muối

Axit = H + Muối

Các Loại Axit

• Axit sunfuric , H₂SO₄.
• Axit clohiđric , HCl
• Axit Cacbonat, H₂CO₃

Tính Chất

Các axít đều có

vị chua

dể ăn da

Dể gây hủy hoại vật chất ở nồng độ cao

có khả năng dẫn điện

phản ứng tích cực với nhiều kim loại

Phản ứng mảnh liệt với Nước

Phản ứng giữa axít và bazơ được gọi là phản ứng trung hòa, sản phẩm của phản ứng này là muối và nước Về mặt khoa học, nói chung axít là các phân tử hay ion có khả năng nhường prôton (ion H⁺) cho bazơ, hay nhận (các) cặp điện tử không chia từ bazơ

Nồng độ Axit

Nồng độ Axit thường biểu diễn dưới dạng pH . Thông thường, axít là bất kỳ chất nào tạo được dung dịch có độ pH nhỏ hơn 7 khi nó hòa tan trong nước.

Tính chất hóa học

Trong nước phản ứng sau diễn ra giữa axít (AH) và nước, là chất đóng vai trò của một bazơ:

AH + H₂O -> A^- +H₃O⁺

Hằng số axít (hay hằng số điện li axít) là hằng số cân bằng cho phản ứng của AH với nước:

$K_{a}={[A^{-}]\cdot [{\mbox{H}}_{3}{\mbox{O}}^{+}] \over [AH]}$

Các axít mạnh có giá trị K_a lớn (có nghĩa là cân bằng của phản ứng nghiêng về bên phải, có rất nhiều ion H₃O⁺ tồn tại; axít gần như điện ly hoàn toàn). Ví dụ, giá trị của K_a đối với axít clohiđric (HCl) là 10⁷.

Các axít yếu có giá trị K_a nhỏ (có nghĩa là ở mức cân bằng thì có một lượng đáng kể của AH và A^- tồn tại cùng nhau trong dung dịch; các ion H₃O⁺ tồn tại ở mức vừa phải; axít chỉ điện ly một phần). Ví dụ, giá trị của K_a cho axít axêtic là 1,8 x 10^-5.

Các axít mạnh bao gồm các axít của các halôgen như HCl, HBr, và HI. (Tuy nhiên, axít flohiđric (HF) lại tương đối yếu.) Các axít chứa ôxy, có xu hướng với các nguyên tử trung tâm ở các trạng thái ôxi hóa cao, được bao quanh bởi ôxy, cũng là các axít mạnh chẳng hạn HNO₃, H₂SO₄, HClO₄. Phần lớn các axít hữu cơ là axít yếu.

Chú ý:

• Thuật ngữ "ion hiđrô" và "prôton" được sử dụng tương đương; cả hai đều chỉ tới H⁺.
• Trong các phản ứng hóa học H⁺ thông thường được viết tuy rằng trong nước nó thực sự là H₃O⁺.
• Cường độ axít được đo bằng giá trị K_a của nó. Độ pH đo xem có bao nhiêu ion hiđrô tồn tại, điều này phụ thuộc vào dạng axít (bazơ) và phụ thuộc vào lượng của nó trong dung dịch.
• Cường độ axít được định nghĩa bằng pK_a= - log(K_a).

Phản ứng trung hòa

Phản ứng trung hòa là phản ứng hóa học giữa axít và bazơ. Sản phẩm tạo thành là muối và nước. Vì thế nó còn được gọi là phản ứng tạo nước. Ví dụ:

NaOH + HCl -> NaCl + H₂O

Dạng phản ứng này tạo thành nền tảng của các phương pháp thử chuẩn độ để phân tích axít, trong đó các chất chỉ thị độ pH chỉ ra điểm trung hòa.

Bậc điện li axít

Một số phân tử axít có thể cung cấp nhiều hơn một ion H⁺ (prôton). Các axít mà chỉ có thể cho một ion H⁺ trên một phân tử được gọi là axít mônôprôton, các phân tử axít nào mà có thể cung cấp hai ion H⁺ là axít điprôton, các phân tử axít nào có thể cho ba ion H⁺ là axít triprôton, v.v. Một axít mônôprôton chỉ có một nấc điện li (đôi khi gọi là ion hóa) như sau và đơn giản chỉ có một hằng số điện li:

AH + H₂O -> A^- + H₃O⁺       K_a

Một axít điprôton (được ký hiệu tượng trưng là AH₂) có thể có một hoặc hai nấc điện ly phụ thuộc vào các điều kiện môi trường (tức pH). Mỗi nấc điện li có hằng số điện li riêng, là K_a1 và K_a2.

AH₂ + H₂O → AH^- + H₃O⁺       K_a1

AH^- + H₂O → A^-2 + H₃O⁺       K_a2

Thông thường hằng số điện li thứ nhất lớn hơn so với hằng số điện li thứ hai; hay K_a1 > K_a2. Ví dụ, axít sulfuric (H₂SO₄) có thể cho một ion H⁺ để tạo ra một anion bisulfat (HSO₄^-), với hệ số K_a1 là rất lớn; sau đó nó có thể cho tiếp ion H⁺ thứ hai để tạo ra anion sulfat (SO₄^-2) trong đó K_a2 là có giá trị trung bình. Giá trị lớn của K_a1 cho nấc điện li thứ nhất làm cho sulfuric là một axít mạnh. Tương tự, axít yếu và không ổn định như axít cacbonic (H₂CO₃) có thể mất một ion H⁺ để tạo ra anion bicacbonat (HCO₃^{-) và mất tiếp ion H+ thứ hai để tạo ra anion cacbonat (CO₃-2). Cả hai giá trị K_a là nhỏ, nhưng K_a1 > K_a2.}

Tương tự, một axít triprôton (AH₃) có thể có 1, 2, 3 nấc điện li và có ba hằng số điện li, trong đó K_a1 > K_a2 > K_a3.

AH₃ + H₂O → AH^2- + H₃O⁺       K_a1

AH^2- + H₂O → AH^-2 + H₃O⁺       K_a2

AH^{-2 + H₂}O → A^-3 + H₃O⁺       K_a3

Một ví dụ của axít triprôton vô cơ là axít octhophốtphoric(H₃PO₄), thông thường gọi là axít phốtphoric. Ba nguyên tử H của nó có thể kế tiếp nhau mất đi như là ion H⁺ (hay H₃O⁺ trong nước) để sinh ra H₂PO₄^-, sau đó là HPO₄^-2, và cuối cùng là PO₄^-3, ion octhophốtphat mang điện tích -3, thông thường gọi là phốtphat. Ví dụ của axít triprôton hữu cơ là axít citric, nó cũng có thể kế tiếp nhau mất ba ion H⁺ để cuối cùng tạo ra ion citrat mang điện tích -3. Mặc dù vị trí của cả ba nguyên tử H trong phân tử gốc có thể là tương đương, nhưng các giá trị K_a kế tiếp nhau sẽ giảm dần do về mặt năng lượng, nó càng khó mất ion H⁺ hơn nếu ion mang điện tích âm cao dần lên.

Các định nghĩa khác

Từ axít có nguồn gốc từ tiếng Latinh acidus có nghĩa là "chua". Trong hóa học thuật ngữ axít có nhiều nghĩa khác biệt.

Nhà hóa học người Thụy Điển Svante Arrhenius định nghĩa axít, theo thuyết điện li, là chất cho các ion (H⁺) khi hòa tan trong nước (sản phẩm của dung dịch, H₂O + H⁺, gọi là ion hiđrôni, H₃0⁺) và anion gốc axit; bazơ là chất cho các ion hiđrôxít (OH^-). Định nghĩa này giới hạn axít và bazơ chỉ là những chất có thể hòa tan trong nước. Sau này, Brønsted và Lowry định nghĩa axít là chất cung cấp prôton và bazơ là chất nhận prôton. Theo định nghĩa này thì các chất mặc dù có thể không hòa tan trong nước, nhưng cũng có thể là axít hay bazơ. Định nghĩa chung nhất của axít và bazơ là định nghĩa Lewis, được đưa ra bởi nhà hóa học người Mỹ Gilbert N. Lewis. Thuyết Lewis định nghĩa "Axít Lewis" như là chất nhận cặp điện tử và "Bazơ Lewis" như là chất cho cặp điện tử. Theo định nghĩa này thì các chất không chứa một nguyên tử hiđrô nào, chẳng hạn như clorua sắt(III) cũng là một axít. Acid/base systems are different from redox reactions in that there is no change in oxidation state. Định nghĩa Lewis có thể giải thích với thuyết quỹ đạo phân tử. Nói chung, axít có thể nhận cặp điện tử vào trong quỹ đạo rỗng thấp nhất (LUMO) từ quỹ đạo chiếm cao nhất (HOMO) của bazơ. Điều này có nghĩa là HOMO từ bazơ và LUMO từ axít tổ hợp thành quỹ đạo phân tử liên kết.

Định nghĩa Brønsted-Lowry, trong đó axít được coi như chất cho prôton, là khiếm khuyết trong nhiều trường hợp. Trong trường hợp này, prôton (H⁺) là axít thực sự và độ axít của hợp chất cấp prôton, chẳng hạn như axít hữu cơ, được xác định bởi độ ổn định của nó khi nó cho các prôton vào dung dịch mà nó được hòa tan. Vì thế nếu axít hữu cơ ưa cho prôton đi, nó sẽ có độ axít cao vì nó cấp các prôton với các quỹ đạo phân tử rỗng vào dung dịch. Điều này giải thích tại sao các axít hữu cơ chẳng hạn như các axít cacboxylic hoạt động, ở đây định nghĩa Brønsted là phù hợp để tính toán còn định nghĩa Lewis là tốt để hiểu.

Chỉ số axít

Chỉ số này được sử dụng để định lượng số lượng axít tồn tại, chẳng hạn như trong dầu điêzen sinh học. Nó là lượng bazơ, biểu diễn theo lượng miligam hiđrôxít kali (KOH), cần phải có để trung hòa các thành phần axít trong 1 g mẫu thử.

AN = (V_eq-b_eq)×N×56,1/W_dầu.

V_eq là lượng chất thử chuẩn (ml) được tiêu thụ bởi một mẫu dầu mỏ và 1ml (spiking solution??) ở diểm tương đương, và b_eq là lượng chất thử chuẩn (ml) được tiêu thụ bởi 1ml (spiking solution??) ở điểm tương đương.

Nồng độ phân tử gam của chất thử chuẩn (N) được tính như sau: N = 1000×W_KHP/(204,23×V_eq).

Trong đó, W_KHP là lượng (g) của KHP trong 50ml dung dịch KHP tiêu chuẩn, và V_eq là lượng của chất thử chuẩn (ml) được tiêu thụ bởi 50ml dung dịch KHP tiêu chuẩn ở điểm tương đương.

Chỉ số axít (mgKOH/g dầu) cho dầu điêzen sinh học được ưa chuộng phải thấp hơn 3.

Tên gọi

Các axít được đặt tên phù hợp với aion của chúng. Phần cuối của ion bị bỏ đi và thay thế với các hậu tố mới theo bảng dưới đây.

Phần cuối anion	Hậu tố axít
at	axít+ ic
it	axít + ơ
ua	axít + hiđric

Ví dụ:

• sulfat --> axít sulfuric
• sulfit --> axít sulfurơ
• sulfua --> axít sulfuhiđric
• peclorat --> axít pecloric
• clorua --> axít clohiđric

Các axít thông dụng

Axit được phân thành 2 loại lớn có cấu tạo phân tử rất khác nhau: axit hữu cơ và axit vô cơ.

Axít vô cơ mạnh

• Axít brômhiđric HBr
• Axít clohiđric HCl
• Axít iốthiđric HI
• Axít nitric HNO₃
• Axít sulfuric H₂SO₄
• Axít cloric HClO₃
• Axít pecloric HClO₄

Axít vô cơ yếu hay trung bình

• Axít boric H₃BO₃
• Axít cacbonic H₂CO₃
• Axít phốtphoric H₃PO₄
• Axít pyrophốtphoric H₄P₂O₇

Axít hữu cơ yếu

• Axít axêtic CH₃-COOH
• Axít benzôic C₆H₅-COOH
• Axít butyric CH₃-(CH₂)₂-COOH
• Axít xitric COOH-CH₂-C(COOH(OH))-CH₂-COOH
• Axít foócmic H-COOH
• Axít lactic CH₃-CH(OH)-COOH
• Axít malic COOH-CH2-CH(OH)-COOH
• Axít prôpionic CH₃-CH₂-COOH
• Axít pyruvic CH₃-C(=O)-COOH (chứa nhóm chức xêtôn)
• Axít valeric CH₃-(CH₂)₃-COOH

Axít trong chế biến thực phẩm

• Axít axêtic hay axít êtanoic: (E260) tìm thấy trong dấm và nước sốt cà chua
• Axít ađipic: (E355)
• Axít alginic: (E400)
• Axít benzoic: (E210)
• Axít boric: (E284)
• Axít ascoócbic (vitamin C): (E300) tìm thấy trong các loại quả.
• Axít xitric: (E330) tìm thấy trong quả các loại cam chanh.
• Axít carbonic: (E290) tìm thấy trong các nước uống cacbonat hóa nhẹ.
• Axít cacminic: (E120)
• Axít xyclamic: (E952)
• Axít erythorbic: (E315)
• Axít erythorbin: (E317)
• Axít foócmic: (E236)
• Axít fumaric: (E297)
• Axít gluconic: (E574)
• Axít glutamic: (E620)
• Axít guanylic: (E626)
• Axít clohiđric: (E507)
• Axít inosinic: (E630)
• Axít lactic: (E270) tìm thấy trong các sản phẩm sữa như yoghurt và sữa chua.
• Axít malic: (E296)
• Axít metatartaric: (E353)
• Axít nicôtinic: (E375)
• Axít ôxalic: tìm thấy trong rau bina và đại hoàng.
• Axít pectic: tìm thấy trong một số loại quả và rau.
• Axít phốtphoric: (E338)
• Axít prôpionic: (E280)
• Axít soócbic: (E200) tìm thấy trong đồ uống và thực phẩm.
• Axít stêaric: (E570), một loại axít béo.
• Axít sucxinic: (E363)
• Axít sulfuric: (E513)
• Axít tannic: tìm thấy trong chè
• Axít tartaric: (E334) tìm thấy trong nho